植物

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植物

破解光合作用結(jié)構(gòu)難題

光合作用的過(guò)程非常復(fù)雜，涉及成百上千個(gè)不同的化學(xué)反應(yīng)，雖然對(duì)光合作用的研究已經(jīng)有超過(guò)200年的歷史，但到現(xiàn)在為止，光合作用中很多關(guān)鍵的反應(yīng)步驟還沒(méi)有弄清楚。植物光系統(tǒng)II的高分辨率三維結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是光合作用研究領(lǐng)域最后一個(gè)，也是最受關(guān)注的超級(jí)復(fù)合物結(jié)構(gòu)。最近，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所的科學(xué)家經(jīng)過(guò)不懈努力，首次解析了菠菜光系統(tǒng)II-捕光天線超級(jí)復(fù)合物的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了捕光天線與光系統(tǒng)II核心復(fù)合物之間的相互裝配機(jī)制和能量傳遞途徑，在光合作用的結(jié)構(gòu)機(jī)理研究中取得了重大突破。根據(jù)中國(guó)科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)，植物光合作用的原初反應(yīng)是從光系統(tǒng)II開(kāi)始的，光系統(tǒng)II是由25個(gè)以上蛋白質(zhì)亞基以及眾多色素和其他輔因子組成的超大膜蛋白-色素復(fù)合物。該復(fù)合物中包含了天線系統(tǒng)、反應(yīng)中心系統(tǒng)以及一個(gè)能在常溫常壓下裂解水釋放氧氣的放氧中心。（Nature2016，doi：10.1038/nature18020）

植物化石揭示中生代大氣CO2濃度

利用植物化石氣孔參數(shù)重建地史時(shí)期古大氣CO2濃度，是目前古植物與古環(huán)境研究的重要前沿領(lǐng)域之一。銀杏化石是恢復(fù)古大氣CO2應(yīng)用最為廣泛的指示植物之一。雖然近年來(lái)我國(guó)古植物學(xué)界在中新生代研究方面取得了積極進(jìn)展，但是對(duì)于侏羅紀(jì)之前氣孔參數(shù)與大氣CO2濃度關(guān)系的研究開(kāi)展甚少。最近，研究者對(duì)采自甘肅東部華亭礦區(qū)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組以及中侏羅統(tǒng)延安組發(fā)現(xiàn)的兩種似銀杏化石化石進(jìn)行細(xì)致研究，依據(jù)氣孔參數(shù)重建晚三疊世和中侏羅世的古大氣CO2濃度分別為1962ppmv和1320ppmv。結(jié)合前期研究可見(jiàn)，從晚三疊世至中侏羅世，古大氣CO2濃度大致呈先下降后升高的趨勢(shì)。該項(xiàng)研究對(duì)研究過(guò)去環(huán)境和氣候演變至關(guān)重要。（Pal?ontologischeZeitschrift2016，Doi：10.1007/s12542-016-0300-1.）

朊病毒與植物記憶

朊病毒又稱(chēng)蛋白質(zhì)侵染因子，是一類(lèi)能侵染動(dòng)物并在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的小分子無(wú)免疫性疏水蛋白質(zhì)。朊是蛋白質(zhì)的舊稱(chēng)，朊病毒意思就是蛋白質(zhì)病毒，朊病毒嚴(yán)格來(lái)說(shuō)不是病毒，是一類(lèi)不含核酸而僅由蛋白質(zhì)構(gòu)成的可自我復(fù)制并具感染性的因子。朊病毒是能引起哺乳動(dòng)物和人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變的傳染性病變因子，其中最著名的要數(shù)瘋牛病了。然而，令人萬(wàn)萬(wàn)想不到的是，它們卻與看似風(fēng)馬牛不相及的植物記憶具有扯不清的關(guān)系。植物擁有很多能自我延續(xù)下去的狀態(tài)，它們?cè)谀承┓矫鎿碛杏洃洝＠?，某些植物?huì)在長(zhǎng)時(shí)間暴露于寒冷后開(kāi)花。不過(guò)，如果經(jīng)歷寒冷后條件不合適，植物將延遲開(kāi)花，直到溫度和光線剛好合適。這表明，植物能"記住"自己曾暴露于寒冷中。但這種生理狀態(tài)為何會(huì)在原來(lái)和新生的植物中延續(xù)，卻是一個(gè)待解之謎。近期，研究者受酵母能利用朊蛋白作為一種記憶形式的啟發(fā)，將在酵母中尋找朊病毒的技術(shù)應(yīng)用于開(kāi)花的模式植物——擬南芥。他們首先利用特定算法尋找這種植物表達(dá)的全部蛋白質(zhì)，并發(fā)現(xiàn)了參與開(kāi)花的4個(gè)蛋白，而這些蛋白擁有同酵母中朊病毒特異性序列相似的部分。接下來(lái)，研究者將酵母細(xì)胞中的朊病毒替換成來(lái)自擬南芥的像朊病毒一樣的蛋白序列，并且證實(shí)，其中3個(gè)植物蛋白片段確實(shí)表現(xiàn)得像朊病毒。這是首次在植物中發(fā)現(xiàn)像朊病毒一樣的蛋白序列。這一發(fā)現(xiàn)可能為揭開(kāi)植物的記憶之謎提供幫助。（PNAS2016，113：6065-6070）

溫帶木本竹子亞洲起源假說(shuō)

溫帶木本竹子分支（即竹亞科青籬竹族）是亞高山寒溫帶針葉林的重要成分，包括了我國(guó)最重要的經(jīng)濟(jì)竹種——毛竹，也包括了大熊貓?jiān)谄渥匀粭⒌厝∈车娜恐穹N，特別是箭竹類(lèi)。這一重要的竹子家族于何時(shí)何地起源、演化，又如何形成現(xiàn)今的東亞-北美、以及東亞-南亞-非洲間斷分布格局？這些問(wèn)題一直存在爭(zhēng)論：亞洲起源假說(shuō)或亞洲外起源假說(shuō)。近期，研究者基于多個(gè)葉綠體片段的數(shù)據(jù)和化石證據(jù)開(kāi)展了溫帶木本竹子的分子生物地理學(xué)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，竹亞科內(nèi)部三個(gè)族為很好的單系，其中第XI分支貴州懸竹最早分化。通過(guò)化石校正和分子鐘分析顯示，竹亞科在晚始新世（約4300萬(wàn)-4700萬(wàn)年前）開(kāi)始分化。青籬竹族是很年輕的一個(gè)族，最初在中新世中期（約1300萬(wàn)-1400萬(wàn)年前）開(kāi)始分化，隨后在中新世晚期（約700萬(wàn)-800年前發(fā)生了快速輻射，在大約400萬(wàn)年內(nèi)產(chǎn)生了11個(gè)主要支系。古氣候研究學(xué)者均認(rèn)為東亞季風(fēng)在晚中新世發(fā)生過(guò)顯著增強(qiáng)，該事件很可能促使了青籬竹族在東亞地區(qū)的快速多樣化。進(jìn)一步的祖先分布區(qū)重建表明，青籬竹族的最近的祖先分布在東亞地區(qū)，中國(guó)特有的貴州懸竹是青籬竹族的基部類(lèi)群。該研究排除了斯里蘭卡和非洲溫帶竹子位于基部的假設(shè)，支持青籬竹族的亞洲起源假說(shuō)（Asianhypothesis）。研究表明，在上新世至少發(fā)生過(guò)兩次亞洲到非洲的擴(kuò)散事件，是青籬竹族亞洲和非洲間斷分布形成的可能過(guò)程；上新世早期，從東亞經(jīng)白令陸橋遷移到北美，導(dǎo)致青籬竹族東亞和北美間斷分布格局的形成。該研究對(duì)于深入探討氣候變化對(duì)植物多樣性的影響和溫帶木本竹子的時(shí)空多樣化格局具有重要意義。（MolecularPhylogeneticsandEvolution2016，96：118-129）